2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study of gravity waves in planetary atmospheres using radio occultation experiments and numerical modeling
| Project/Area Number |
16H04060
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
今村 剛 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (40311170)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安藤 紘基 京都産業大学, 理学部, 研究員 (00706335)
中島 健介 九州大学, 理学研究院, 助教 (10192668)
林 祥介 神戸大学, 理学研究科, 教授 (20180979)
野口 克行 奈良女子大学, 自然科学系, 助教 (20397839)
杉山 耕一朗 松江工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (60463733)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 金星 / 火星 / 重力波 / 電波掩蔽 / 数値シミュレーション |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
大気重力波は惑星大気の構造形成に関わる重要な大気現象であるが、地球と比較して金星と火星における重力波の理解は遅れている。そこで (1)高度分解能を1桁向上する新たな電波掩蔽解析手法によって、金星と火星の探査データを再解析する。(2)新たに得られた気温の高度分布から、臨界高度の近傍で砕波に至る短鉛直波長の重力波を抽出し、重力波の振幅・波長・砕波乱流層の分布を明らかにする。(3)並行して乱流現象の解明に向けて電波シンチレーションの解析を行う。さらに (4)領域数値モデルとの比較のもとに、対流による重力波の励起、砕波にともなう重力波の特性変化、背景大気への影響を評価し、(5)惑星ごとの条件によって重力波の特性と役割がどう変わるのかを明らかにする。
前年度までに金星探査機Venus Expressと「あかつき」の電波掩蔽データを解析し、金星大気中の微細温度構造の分布を求めた。日中よりも夜間において対流層の変動が大きく微細な擾乱の振幅も大きいといった、これまでに知られていない特徴を見出した。電波ホログラフィ法による電波掩蔽観測データの解析も進め、鉛直スケール数百mの波動や弱安定層が多く存在すること、対流層上端にしばしば急峻な逆転層が見られることなどを見出した。また、乱流の分布を把握するためにVenus Expressと「あかつき」の電波シンチレーションの初期解析を実施した。データ解析と並行して、金星における重力波の鉛直伝搬や対流の数値実験を行い、メカニズムの理解を進めた。火星探査機MGSの気温データや超高解像度の火星GCMの初期解析も実施した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
従来の電波掩蔽観測では捉えられなかった微細温度構造を抽出するために、電波ホログラフィ法の一種であるFull Spectrum Inversion（FSI）によりVenus Expressと「あかつき」の電波掩蔽観測データを解析し、鉛直スケール数百mの弱安定層が多数存在することを見出した。このような層構造は臨界層の近くで砕波しつつある短鉛直波長の重力波によって生成することが考えられる。加えて、乱流現象の解明に向けて電波掩蔽データのシンチレーション解析も進め、乱流スペクトルを取得した。電波ホログラフィの結果については専門誌に投稿して査読を受けているところである。
観測データ解析と平行して、金星の対流と重力波励起の3次元の数値実験を行った。高度領域を従来の40-60 kmから35-130 kmまで拡大し、対流によって励起される重力波の高高度への伝搬をシミュレートした。予備的結果は、対流運動と重力波の伝搬を1つのモデルの枠組みの中で計算できることを示すものであった。さらに重力波の鉛直伝搬に関して、雲層内に存在する対流層（中立層）における内部重力波の伝播特性を線形2次元モデルで考察して、波長や位相速度に対する透過率のスケーリング則についての情報が得られた。
火星の重力波に関しては、火星探査機Mars Global Surveyor (MGS)の気温データや超高解像度の火星GCM（NICT黒田剛史氏による）の出力の初期解析を実施した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
電波掩蔽データ解析をより多数の観測について行い、臨界層の近くで砕波しつつある短鉛直波長の重力波や、結果として生じる薄い乱流層など、微細大気構造の緯度・高度・地方時に対する分布を明らかにする。
金星の雲対流の数値実験のために、硫酸を主成分とする雲の微物理パラメタリゼーションを開発し、これを流体力学モデルに組み込む。対流層に現れる雲密度の空間分布を「あかつき」などによる観測画像と比較し、その類似点からメカニズムを推定するとともに、相違点から雲微物理パラメタリゼーションの改良に取り組む。
対流の流速やセルの大きさが輻射による加熱の条件によってどう変わるかを調べ、これらの依存性に理論的説明を与える。また背景風の鉛直シアーを与え、ロール状対流など異方性を持つ構造がどのように現れるかを調べる。
対流層上端の大気安定度の構造をモデルと電波掩蔽結果の間で比較し、対流プルームが安定成層領域に与える力学的影響を考察する。
火星探査機Mars Global Surveyorの電波掩蔽による気温データと超高解像度の火星GCM（NICT黒田氏との共同研究による）の比較により重力波特性の解析を行う。
これらの結果をもとに金星と火星における対流励起重力波の比較を行う。波長・周期・振幅・減衰機構の違いを、観測と数値実験の相互比較をもとに解釈する。
|
-
-
[Presentation] A Three-dimensional Numerical Simulation of Venus' Cloud-level Convection2018
Author(s)
Sugiyama, K., Odaka, M., Nakajima, K., Ishiwatari, M., Imamura, T., Hayashi, Y.-Y.
Organizer
JpGU 2018
Int'l Joint Research
-
-
-
